Die Stärke des Wasserstroms ist eine erneuerbare natürliche Ressource, mit der Sie nahezu kostenlosen Strom erhalten können. Die von der Natur gespendete Energie bietet die Möglichkeit, Energie zu sparen und das Problem des Aufladens von Geräten zu lösen.
Wenn ein Bach oder Fluss in der Nähe Ihres Hauses fließt, lohnt es sich, sie zu verwenden. Sie können das Grundstück und das Haus mit Strom versorgen. Und selbst wenn ein Do-it-yourself-Wasserkraftwerk gebaut wird, steigt der wirtschaftliche Effekt erheblich.
Der vorgestellte Artikel beschreibt detailliert die Herstellungstechnologie privater Wasserbauten. Wir haben darüber gesprochen, was erforderlich ist, um ein System einzurichten und es mit den Verbrauchern zu verbinden. Hier erfahren Sie alles über Optionen für Miniatur-Energieversorger, die aus improvisierten Materialien zusammengesetzt sind.
Wasserkraftwerke
Wasserkraftwerke sind Strukturen, die die Energie der Wasserbewegung in Elektrizität umwandeln können. Alternative „grüne“ Stromversorger werden nur im Westen noch aktiv genutzt. Auf dem Territorium unseres Landes unternimmt diese vielversprechende Industrie nur ihre ersten schüchternen Schritte.
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Die Stromerzeugung durch Gewinnung des Wasserpotenzials ist einer der vielversprechenden Bereiche der grünen Energie. Seine Vorteile sind die Nutzung unerschöpflicher freier Ressourcen des Planeten mit der geringsten Schädigung der natürlichen Umwelt.
Zu den Objekten auf dem Gebiet der Kleinwasserkraft zählen Mini-Wasserkraftwerke mit einer Leistung von 3 bis 100 kW bis 25 MW
Um mit der Energie des Wassers Strom zu gewinnen, ist es nicht erforderlich, einen turbulenten Gebirgsfluss zu haben oder einen großen Damm zu bauen. Es reicht aus, das Bett eines kleinen Flusses oder Baches zu verengen
Die Turbine eines kleinen Wasserkraftwerks kann gezwungen werden, selbst einen relativ kleinen Volumenkanal zu drehen, in den Wasser aus einem nahe gelegenen Stausee oder Fluss kommt
Kleine Wasserkraftwerke, die sich direkt im Wasserstrom befinden, sind einfach, erlauben jedoch keine Regulierung der Stärke und des Abflussvolumens. Die Möglichkeit der Einstellung bietet einen Miniaturbehälter
Die vielversprechendsten für die Organisation von Mini-Wasserkraftwerken sind Gebirgsbäche mit einem charakteristischen Höhenunterschied im Kanal. Ähnliche Bedingungen können jedoch auch für einen Fluss geschaffen werden, der in flachem Gelände fließt.
Alle Arten von Wasserdrehungen und -wirbeln, die durch Gießen von Betonkonstruktionen künstlich erzeugt werden können, tragen zur Leistungssteigerung eines Miniatur-Wasserkraftwerks bei.
Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, verbessern Kleinwasserkraftentwickler Turbinen. Beispielsweise wird ein herkömmliches Rad mit Schaufeln durch eine Mehrdrehschraube ersetzt
Mit Wasser Strom erzeugen
Eine der traditionellen Optionen für Kleinwasserkraft
Kanalverengung zur Energierückgewinnung
Klingengerichtetes Gerät
Dammnahe Option mit kleinem Stausee
Der Höhenunterschied im Kanal eines Baches oder Flusses
Künstlich konstruierte Drehung
Hocheffiziente Schraubenturbine
Kleine private Wasserkraftwerke können Dämme an großen Flüssen sein, die ein Dutzend bis mehrere hundert Megawatt erzeugen, oder Mini-Wasserkraftwerke mit einer maximalen Leistung von 100 kW, was für die Bedürfnisse eines Privathauses ausreicht. Hier über Letzteres und mehr erfahren.
Hydraulische Schraubenstation
Das Design besteht aus einer Kette von Rotoren, die an einem flexiblen Stahlkabel montiert sind und über den Fluss gezogen werden. Das Kabel selbst spielt die Rolle einer Drehwelle, deren eines Ende am Stützlager befestigt ist und deren anderes die Generatorwelle aktiviert.
Jeder „Girlanden“ -Hydraulikrotor kann etwa 2 kW Energie erzeugen. Der Wasserdurchfluss hierfür sollte jedoch mindestens 2,5 m pro Sekunde betragen und die Tiefe des Reservoirs sollte 1,5 m nicht überschreiten.
Das Funktionsprinzip eines Girlanden-Wasserkraftwerks ist einfach: Der Druck des Wassers dreht die Hydraulikschrauben, und sie drehen das Kabel und zwingen den Generator, Energie zu erzeugen
Girlandenstationen wurden bereits Mitte des letzten Jahrhunderts erfolgreich eingesetzt, aber dann spielten hausgemachte Propeller und sogar Blechdosen die Rolle der Schrauben. Heute bieten Hersteller verschiedene Rotortypen für verschiedene Betriebsbedingungen an.
Sie sind mit Schaufeln unterschiedlicher Größe aus Blech ausgestattet und ermöglichen Ihnen maximale Effizienz beim Betrieb der Station.
Obwohl dieser Hydrogenerator recht einfach herzustellen ist, beinhaltet sein Betrieb eine Reihe spezieller Bedingungen, die im wirklichen Leben nicht immer realisierbar sind. Solche Strukturen blockieren das Flussbett, und es ist unwahrscheinlich, dass Nachbarn entlang der Küste, ganz zu schweigen von Vertretern von Umweltdiensten, die Nutzung von Strömungsenergie für Ihre Zwecke zulassen.
Darüber hinaus kann das Gerät im Winter nur in nicht gefrorenen Gewässern verwendet und in rauen Klimazonen konserviert oder demontiert werden. Daher werden Girlandenstationen vorübergehend und hauptsächlich in einem verlassenen Gebiet (z. B. in der Nähe von Sommerweiden) gebaut.
Rotorstationen mit einer Leistung von 1 bis 15 kW / h erzeugen bis zu 9,3 MW pro Monat und ermöglichen es Ihnen, das Problem der Elektrifizierung in Regionen unabhängig von zentralisierten Autobahnen unabhängig zu lösen
Ein modernes Analogon einer Daisy-Chain-Installation sind Tauch- oder Gezeitenrahmenstationen mit Querrotoren. Im Gegensatz zu ihrem Vorgänger mit Girlanden blockieren diese Strukturen nicht den gesamten Fluss, sondern nutzen nur einen Teil des Kanals. Sie können auf einem Ponton / Floß installiert oder vollständig auf den Boden des Stausees abgesenkt werden.
Vertikalrotor Daria
Der Darier-Rotor ist eine Turbinenvorrichtung, die 1931 zu Ehren ihres Erfinders benannt wurde. Das System besteht aus mehreren aerodynamischen Schaufeln, die an Radialträgern befestigt sind, und arbeitet aufgrund des Differenzdrucks nach dem im Schiffbau und in der Luftfahrt weit verbreiteten Prinzip des „Hubflügels“.
Obwohl diese Anlagen eher zur Herstellung von Windgeneratoren verwendet werden, können sie mit Wasser arbeiten. In diesem Fall sind jedoch genaue Berechnungen erforderlich, um die Dicke und Breite der Schaufeln entsprechend der Stärke des Wasserflusses auszuwählen.
Der Darier-Rotor ähnelt einer „Windmühle“, die nur unter Wasser installiert ist, und kann unabhängig von saisonalen Schwankungen der Durchflussrate arbeiten
Vertikale Rotoren werden selten zur Erzeugung lokaler Wasserkraftwerke verwendet. Trotz der guten Leistungsindikatoren und der scheinbaren Einfachheit des Designs ist die Bedienung der Geräte recht schwierig.
Vor Arbeitsbeginn muss das System "aufgedreht" werden, aber nur das Einfrieren eines Reservoirs kann eine laufende Station stoppen. Daher wird der Darier-Rotor hauptsächlich in Industrieunternehmen eingesetzt.
Eine interessante Lösung im Bereich der Auslegung von Kleinwasserkraftwerken mit vertikal arbeitender Turbine schlug der österreichische Erfinder Franz Zotloterer vor:
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Mini-Station der Whirlpool-Gravitationswirkung
Der Bau eines separaten Kanals mit Whirlpool
Turbine im Drehpunkt
Erzeugte Energiekollektoren
Der gewichtige Vorteil des Whirlpools wird zu Recht als Erhaltung der Fischressourcen angesehen. Der Betrieb einer vertikalen Turbine schadet lebenden Organismen des Flusses nicht. Außerdem bleibt aufgrund der spezifischen Bewegung des Wasserflusses kein Schlamm an den Wänden von Strukturen zurück.
Unterwasserpropeller
In der Tat ist dies die einfachste Windkraftanlage, sie wird nur unter Wasser installiert. Die Abmessungen der Schaufeln zur Gewährleistung der maximalen Drehzahl und des minimalen Widerstands werden in Abhängigkeit von der Strömungsstärke berechnet. Wenn beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit 2 m / s nicht überschreitet, sollte die Breite der Schaufel innerhalb von 2-3 cm liegen.
Ein Unterwasserpropeller lässt sich leicht mit eigenen Händen herstellen, ist jedoch nur für tiefe und schnelle Flüsse geeignet. In einem flachen Teich können rotierende Blätter Fischer, Schwimmer, Wasservögel und Tiere verletzen
Eine solche Windmühle ist "in Richtung" der Strömung installiert, aber ihre Blätter arbeiten nicht aufgrund des Drucks des Wasserdrucks, sondern aufgrund des Auftretens einer Auftriebskraft (nach dem Prinzip eines Flugzeugflügels oder eines Schiffspropellers).
Wasserrad mit Klingen
Ein Wasserrad ist eine der einfachsten Versionen eines Hydraulikmotors, die seit der Zeit des Römischen Reiches bekannt sind. Die Wirksamkeit seiner Arbeit hängt weitgehend von der Art der Quelle ab, auf der es installiert wurde.
Das Gießrad kann sich nur aufgrund der Durchflussrate drehen, und das Gießrad kann mit Hilfe des Drucks und des Gewichts des von oben auf die Schaufeln fließenden Wassers gedreht werden
Abhängig von der Tiefe und dem Kanal des Wasserlaufs können verschiedene Arten von Rädern installiert werden:
- U-Boot (oder minderwertig) - Geeignet für flache Flüsse mit schnellem Fluss.
- Midbottom - befinden sich in Kanälen mit natürlichen Kaskaden, so dass der Strom ungefähr in der Mitte der rotierenden Trommel fließt.
- Bulk (oder hochstapelig) - unter dem Damm, dem Rohr oder am unteren Rand der natürlichen Schwelle installiert werden, damit das fallende Wasser durch die Oberseite des Rads fließt.
Das Funktionsprinzip für alle Optionen ist jedoch ein und dasselbe: Wasser tritt in die Schaufeln ein und treibt ein Rad an, wodurch sich der Generator für das Minikraftwerk dreht.
Hersteller von Hydraulikgeräten bieten handelsübliche Turbinen an, deren Schaufeln speziell für einen bestimmten Wasserdurchfluss angepasst sind. Aber Handwerker machen Trommelkonstruktionen auf altmodische Weise - aus improvisierten Materialien.
Die folgende Fotoauswahl hilft Ihnen, sich mit den Schritten zum Bau der einfachsten Version eines Mini-Wasserkraftwerks vertraut zu machen:
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Schritt 1: Den Kanal verengen und ein Delta bilden
Schritt 2: Schneiden von Teilen für die Turbinenmontage
Schritt 3: Befestigen der Schaufeln in einer provisorischen Turbine
Schritt 5: Installieren der Unterstützung im Stream-Kanal
Schritt 5: Installieren der Turbine auf einer Tragstruktur
Schritt 6: Generator und Batterien anschließen
Schritt 7: Riemenantrieb
Schritt 8: Testen des Geräts nach dem Zusammenbau
Möglicherweise wirkt sich der Mangel an Optimierung auf die Effizienzindikatoren aus, aber die Kosten für hausgemachte Geräte sind um ein Vielfaches günstiger als für das gekaufte Gegenstück. Daher ist ein Wasserrad die beliebteste Option für die Organisation Ihres eigenen Mini-Wasserkraftwerks.
Bedingungen für die Installation eines Wasserkraftwerks
Trotz der verlockenden Billigkeit der von einem Hydrogenerator erzeugten Energie ist es wichtig, die Merkmale einer Wasserquelle zu berücksichtigen, deren Ressourcen Sie für Ihren eigenen Bedarf nutzen möchten.
In der Tat ist nicht jeder Wasserlauf für den Betrieb eines Mini-Wasserkraftwerks geeignet, insbesondere nicht das ganze Jahr über. Daher schadet es nicht, wenn eine zentrale Autobahn in Reserve angeschlossen werden kann.
Ein paar Vor- und Nachteile
Die Hauptvorteile eines einzelnen Wasserkraftwerks liegen auf der Hand: Preiswerte Geräte, die billigen Strom erzeugen, schaden der Natur nicht (im Gegensatz zu Dämmen, die die Flussströmung blockieren). Obwohl das System nicht als absolut sicher bezeichnet werden kann, können rotierende Elemente von Turbinen die Bewohner der Unterwasserwelt und sogar Menschen verletzen.
Um Unfälle zu vermeiden, muss das Wasserkraftwerk geschützt werden. Wenn das System vollständig durch Wasser verborgen ist, installieren Sie ein Warnschild am Ufer
Vorteile von Mini-Hydro:
- Im Gegensatz zu anderen „freien“ Energiequellen (Sonnenkollektoren, Windgeneratoren) können Hydrauliksysteme unabhängig von Tageszeit oder Wetter arbeiten. Das einzige, was sie verhindern kann, ist das Einfrieren des Reservoirs.
- Es ist nicht erforderlich, einen großen Fluss zu haben, um einen Hydrogenerator zu installieren - die gleichen Wasserräder können auch in kleinen (aber schnellen!) Bächen erfolgreich eingesetzt werden.
- Anlagen geben keine Schadstoffe ab, verschmutzen kein Wasser und arbeiten fast geräuschlos.
- Für die Installation von Mini-Wasserkraftwerken mit einer Leistung von bis zu 100 kW ist es nicht erforderlich, Genehmigungen zu erstellen (obwohl dies alles von den örtlichen Behörden und der Art der Installation abhängt).
- Überschüssiger Strom kann an benachbarte Häuser verkauft werden.
Was die Mängel betrifft, kann ein Mangel an Durchfluss ein ernstes Hindernis für den produktiven Betrieb der Ausrüstung werden. In diesem Fall müssen Hilfsstrukturen errichtet werden, was zusätzliche Kosten verursacht.
Wenn die potentielle Energie eines nahe gelegenen Flusses nicht ausreicht, um Strom in einer Menge zu erzeugen, die für den praktischen Gebrauch ausreicht, sollten die Methoden zum Bau von Windgeneratoren beachtet werden. Die Windmühle wird als wirksame Ergänzung dienen.
Wasserdurchflussmessung
Das erste, was Sie tun müssen, um über die Form und Methode der Installation der Station nachzudenken, ist die Messung der Geschwindigkeit des Wasserflusses an einer ausgewählten Quelle.
Am einfachsten ist es, ein leichtes Objekt (z. B. einen Tennisball, ein Stück Styroporschaum oder einen Fischschwimmer) auf die Stromschnellen abzusenken und die Zeit anzuhalten, mit der es die Entfernung zu einem Wahrzeichen schwimmt. Die Standardentfernung für das "Schwimmen" beträgt 10 Meter.
Wenn der Teich weit von zu Hause entfernt ist, können Sie einen Abzweigkanal oder eine Pipeline bauen und gleichzeitig die Höhenunterschiede berücksichtigen
Jetzt müssen Sie die zurückgelegte Strecke in Metern durch die Anzahl der Sekunden dividieren - dies ist die Geschwindigkeit des Stroms. Wenn der erhaltene Wert jedoch weniger als 1 m / s beträgt, müssen künstliche Strukturen errichtet werden, um die Strömung durch Höhenunterschiede zu beschleunigen.
Dies kann mit einem zusammenklappbaren Damm oder einem schmalen Abflussrohr erfolgen. Aber ohne einen guten Fluss muss die Idee eines Wasserkraftwerks aufgegeben werden.
Produktion von Wasserkraftwerken auf Basis eines Wasserrades
Natürlich ist es eine Idee aus dem Bereich der Fantasie, „auf einem Knie“ zusammenzubauen und einen Koloss zu errichten, der einem Unternehmen oder einer Siedlung dienen soll, selbst aus einem Dutzend Häusern. Aber ein Mini-Wasserkraftwerk mit eigenen Händen zu bauen, um Strom zu sparen, ist ganz real. Darüber hinaus können Sie sowohl fertige Komponenten als auch improvisierte Materialien verwenden.
Daher betrachten wir die schrittweise Herstellung der einfachsten Struktur - eines Wasserrads.
Notwendige Materialien und Werkzeuge
Um ein Mini-Wasserkraftwerk mit eigenen Händen herzustellen, müssen Sie ein Schweißgerät, einen Schleifer, einen Bohrer und einen Satz Hilfswerkzeuge vorbereiten - einen Hammer, einen Schraubendreher, ein Lineal.
Aus den Materialien, die Sie benötigen:
- Ecken und Bleche mit einer Dicke von mindestens 5 mm.
- Rohre aus PVC oder verzinktem Stahl zur Herstellung von Schaufeln.
- Generator (Sie können einen vorgefertigten verwenden oder wie in diesem Beispiel selbst erstellen).
- Bremsscheiben.
- Welle und Lager.
- Sperrholz.
- Polystyrolharz zum Befüllen von Rotor und Stator.
- 15 mm Kupferdraht für einen provisorischen Generator.
- Neodym-Magneten.
Bitte beachten Sie, dass das Raddesign ständig mit Wasser in Berührung kommt. Daher müssen Metall- und Holzelemente vor Feuchtigkeit geschützt ausgewählt werden (oder sie selbst imprägnieren und lackieren). Im Idealfall kann Sperrholz durch Kunststoff ersetzt werden, Holzteile sind jedoch leichter zu beschaffen und zu formen.
Radmontage und Düsenherstellung
Die Basis für das Rad selbst können zwei Stahlscheiben mit demselben Durchmesser sein (wenn es möglich ist, eine Stahltrommel aus dem Kabel zu ziehen - ausgezeichnet, wird dies den Montageprozess erheblich beschleunigen).
Wenn jedoch kein Metall in den vorliegenden Materialien gefunden wurde, ist es möglich, Kreise aus wasserdichtem Sperrholz zu schneiden, obwohl die Festigkeit und Haltbarkeit von selbst behandeltem Holz nicht mit Stahl verglichen werden kann. Dann müssen Sie auf einer der Festplatten ein rundes Loch für die Installation des Generators schneiden.
Danach werden die Klingen hergestellt und sie benötigen mindestens 16 Stück. Verzinkte Rohre werden dazu der Länge nach in zwei oder vier Teile geschnitten (je nach Durchmesser).Dann müssen die Schneidstellen und die Oberfläche der Schaufeln selbst geschliffen werden, um Energieverluste während der Reibung zu verringern.
Die Schaufeln werden in einem Winkel von ca. 40-45 Grad installiert - dies trägt zur Vergrößerung der Oberfläche bei, die von der Strömungskraft beeinflusst wird
Der Abstand zwischen den beiden Seitenscheiben sollte so nahe wie möglich an der Länge der Klingen liegen. Um einen Ort für die Position zukünftiger Naben zu skizzieren, wird empfohlen, eine Schablone aus Sperrholz zu erstellen, auf der ein Platz für jedes Teil und ein Loch zur Befestigung des Rads am Generator angegeben sind. Die Bereitschaftsmarkierung kann an der Außenseite eines der Laufwerke angebracht werden.
Dann werden die Kreise mit Stangen mit festem Gewinde parallel zueinander installiert, und die Klingen werden an den gewünschten Positionen mit Schrauben verschweißt oder befestigt. Die Trommel dreht sich auf Lagern, und ein Rahmen aus Ecken oder Rohren mit kleinem Durchmesser wird als Träger verwendet.
In diesem Stadium kann die Trommelanordnung als vollständig betrachtet werden. Sie muss noch mit einem selbstgebauten Generator und einer Düse ausgestattet werden, die den Wasserfluss leitet
Die Düse ist für Wasserquellen vom Kaskadentyp ausgelegt - ein solcher Aufbau ermöglicht die maximale Nutzung der Strömungsenergie. Dieses Hilfselement wird durch Biegen des Blechs mit anschließendem Schweißen der Nähte hergestellt und dann am Rohr montiert.
Wenn jedoch in Ihrer Region ein flacher Fluss ohne Stromschnellen und andere Hindernisse in großer Höhe fließt, ist dieses Detail nicht erforderlich.
Es ist wichtig, dass die Breite des Düsenaustrittslochs der Breite des Rads selbst entspricht, da sonst ein Teil des Durchflusses im Leerlauf läuft, ohne auf die Schaufeln zu fallen
Jetzt muss das Rad an der Achse montiert und von den miteinander verschweißten oder verschraubten Ecken auf einem Träger montiert werden. Es bleibt ein Generator zu machen (oder ihn fertig zu installieren) und Sie können zum Fluss gehen.
DIY Generator
Um einen hausgemachten Generator herzustellen, müssen Sie eine Statorwicklung und -füllung herstellen, für die Sie Spulen mit jeweils 125 Windungen Kupferdraht benötigen. Nach dem Verbinden wird die gesamte Struktur mit Polyesterharz gegossen.
Jede Phase besteht aus drei nacheinander angebrachten Spulen, sodass die Verbindung in Form eines Sterns oder eines Dreiecks mit mehreren externen Leitungen hergestellt werden kann
Jetzt müssen Sie eine Sperrholzschablone vorbereiten, die die gleiche Größe wie die Bremsscheibe hat.
Auf einem Holzring werden Markierungen vorgenommen und Schlitze für die Installation von Magneten hergestellt (in diesem Fall wurden Neodym-Magnete mit einer Dicke von 1,3 cm, einer Breite von 2,5 cm und einer Länge von 5 cm verwendet). Dann wird der resultierende Rotor ebenfalls mit Harz gefüllt und nach dem Trocknen an der Radtrommel befestigt.
Wasserrad mit Bremsscheibenrotor und Kupferdrahtspulengenerator - lackiert, vorzeigbar und gebrauchsfertig
Das zuletzt montierte Aluminiumgehäuse mit einem Amperemeter, das die Gleichrichter abdeckt. Die Aufgabe dieser Elemente besteht darin, Dreiphasenstrom in Gleichstrom umzuwandeln.
Nach dem Einbau des Rades in den Strom eines kleinen Flusses mit einer Kaskaden- oder Bypassleitung können Sie sich auf die Leistung eines Mini-Wasserkraftwerks mit 1,9 A * 12 V bei 110 Umdrehungen pro Minute verlassen
Um zu verhindern, dass Blätter, Sand und andere mit dem Strom verbundene Ablagerungen in das Rad fallen, ist es ratsam, ein Schutznetz vor dem Gerät anzubringen.
Sie können auch mit Lücken zwischen Magneten und Spulen mit einer erhöhten Anzahl von Windungen experimentieren, um den Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks zu erhöhen.
Sie lernen alle Arten alternativer Energiequellen kennen, indem Sie den Artikel über die Einführung „grüner Technologien“ im Alltag lesen.
Video # 1. Ein Beispiel für eine funktionierende Hydraulikanlage mit einem selbstgebauten Generator, der auf einem Drehstrommotor basiert:
Video # 2. Wasserbetriebenes Mini-Wasserkraftwerk:
Video # 3. Eine Station auf der Basis eines Fahrradrads ist eine interessante Lösung für das Problem der Energieversorgung im Urlaub fernab der Zivilisation:
Wie Sie sehen, ist der Bau eines Wasserminikraftwerks mit eigenen Händen nicht so schwierig. Da die meisten Berechnungen und Parameter für seine Komponenten jedoch „per Auge“ bestimmt werden, sollte man auf mögliche Ausfälle und damit verbundene Kosten vorbereitet sein.
Wenn Sie einen Mangel an Wissen und Erfahrung in diesem Bereich verspüren, sollten Sie den Spezialisten vertrauen, die alle erforderlichen Berechnungen durchführen, die für Ihren Fall optimale Ausrüstung beraten und sie auf hochwertige Weise installieren.
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